[發明專利]一種變出口流動截面可調節渦輪噴嘴環

無效

• 申請號: 200710044376.2
• 申請日: 2007-07-31
• 公開（公告）號: CN101113678A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 孫敏超;孫正柱
• 申請（專利權）人: 孫敏超;孫正柱
• 主分類號: F01D17/16
• 分類號: F01D17/16;F02B37/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及內燃機渦輪增壓技術領域內渦輪增壓器中的渦輪噴嘴環變截面調節技術。

背景技術

對渦輪增壓器采用可變噴嘴環渦輪調節技術是近二十年發展起來的提高內燃機扭矩儲備和瞬態響應性、降低燃料消耗與有害排放的有效措施。通過改變渦輪噴嘴環出口的流動截面積，可以實現全工況范圍內增壓器與內燃機的良好匹配。，

可變噴嘴環調節按渦輪噴嘴環的結構形式可分成噴嘴葉片環(由噴嘴葉片構成的渦輪噴嘴環葉柵，也稱有葉噴嘴環)調節和無葉噴嘴環(無葉噴嘴環與渦輪殼做成一體，也稱渦輪無葉蝸殼)調節兩大類。在可變噴嘴環流動截面調節的現有技術中，由于結構的復雜和工作的不可靠等方面的原因，致使迄今為止尚無成熟的無葉蝸殼(無葉噴嘴環)變截面調節技術產品問世；而噴嘴葉片環(有葉噴嘴環)變截面調節技術，卻已在各種渦輪增壓器商品上獲得廣泛應用。可變噴嘴葉片環渦輪調節的現有技術，無例外地均為利用機械方式轉動噴嘴葉片(改變噴嘴葉片在渦輪噴嘴環葉柵內的安裝角)，使噴嘴環葉片的出口截面積改變的技術方案。其作用是：當噴嘴環葉片出口截面積減小，可改變內燃機排出廢氣的能量使渦輪進口燃氣的壓力升高，渦輪輸出功率增加，增壓器轉速上升，壓氣機增壓壓力增大；反之，當噴嘴環葉片出口截面積加大，則可使渦輪進口燃氣壓力下降，渦輪輸出功率減少，增壓器轉速相對減小，增壓壓力降低。這樣，在內燃機低轉速工況，當轉速降低時，可減小噴嘴環葉片出口截面積，使增壓壓力不致下降過大；而對于內燃機高轉速工況，當轉速升高時，可增大噴嘴環葉片出口截面積，使增壓壓力不致過量增升。從而保證了低轉速工況具有較高的增壓壓力而獲得滿意的扭矩特性；在高轉速工況也限制了增壓壓力的增加，不致出現增壓過度。另外，渦輪噴嘴環葉片角度調節因可實現電控無級調節增壓壓力的大小，因而可以根據燃燒和控制排放的需要，調節空燃比和排氣背壓的大小，改善燃燒降低燃料消耗與調節EGR(廢氣再循環)率實現達到歐IV和歐V的排放控制要求。

該技術與渦輪增壓器的另一種渦輪調節技術——廢氣旁通閥放氣相比，其優點是：因無放氣造成的高溫、高壓燃氣的能量浪費，故可在不增大高轉速工況燃料消耗率的條件下增大低速扭矩；擴大了低燃耗的運行區范圍；可以滿足越來越高的內燃機排放和噪聲規范的要求。缺點是：結構復雜，制造精度高，價格昂貴，體積大；長期在高溫和碳煙的環境下工作，難以保證結構與操作系統的可靠性，會使轉動葉片出現卡滯、咬死而失效。為此，它僅在燃氣溫度相對較低的柴油機的渦輪增壓器上獲得應用，至今仍未推廣應用在燃氣溫度更高的汽油機用的渦輪增壓器上；噴嘴葉片與渦輪蝸殼內壁之間為轉動葉片所留空隙造成的高溫燃氣泄漏使渦輪級的效率降低；噴嘴葉片角度變化的調節則會引起葉輪進口氣流沖角和渦輪級反動度的變化，調節幅度過大會導致渦輪級效率大幅下降。

目前，渦輪噴嘴環葉片角度調節的實施方案甚多，其動作原理基本相同，但在葉片轉動方式上尚有細微差別(關于渦輪噴嘴環變截面調節技術方案的介紹詳見朱大鑫編著·《渦輪增壓與渦輪增壓器》·北京·機械工業出版社·1992·第431～443頁和陸家祥編著·《車用內燃機增壓》·北京·機械工業出版社·1993·第70～88頁的相關內容)，典型結構實例可參見華覺源·《渦輪增壓器和增壓系統研制的新進展》·大同·車用發動機·1992年第4期·第20～24頁的相關介紹。

為了消除渦輪噴嘴環變截面調節現有技術存在的缺點與不足，本發明公開了一種新的可變截面噴嘴環渦輪調節技術方案。

發明內容

本發明的目的在于為可調渦輪增壓器提供一種結構最簡單，成本最低，調控最方便，能在全轉速工況范圍內滿足內燃機動力性、經濟性和排放要求，比采用噴嘴環葉片角度調節裝置使用效果更好的且能適用于汽油機渦輪增壓器的渦輪噴嘴環變截面調節技術。本發明為實現上述目的采用的技術方案如下：

一、噴嘴葉片環(有葉噴嘴環)變截面調節

本方案的核心技術是對通用結構型式(葉片固定不動)，但葉片結構空心的渦輪噴嘴環葉柵的繞流氣流實施射流偏轉調節控制——利用引自渦輪增壓器本身的壓氣機出口和/或外部氣源的單獨或二者引射混合后的壓縮空氣，經過噴嘴葉片的空心內腔，由葉型背面(或腹面)和/或尾緣部位開割的通流槽縫順流射吹葉柵流道內和/或葉柵出口的燃氣主流，通過縫隙空氣射流與葉柵燃氣主流的相互作用，使縫隙射流與主流混合后的氣流在噴嘴環葉片出口產生流向不同于原主流方向的偏轉，造成出口氣流角(即出口流動截面積)的改變。